Канадские и Иранские физики обнаружили следы отклонения от общей теории относительности в сигналах гравитационных волн, зарегистрированных LIGO. Ученые заметили в «шумах» детектора эхо от многократного отражения волн при слиянии черных дыр, вероятность случайного совпадения составляет примерно один шанс из 270. Отклонение указывает на более сложное строение горизонта событий, предсказываемое квантовыми теориями, к примеру, парадоксом фаервола. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org, кратко о нем сообщает Nature.
Одна из важных целей современной физики — создание теории квантовой гравитации, объединяющей общую теорию относительности и квантовую теорию поля. Обе этих теории проверены независимо друг от друга и хорошо описывают различные экспериментальные эффекты. Важной проверкой для ОТО стала фиксация гравитационных волн.
Для состояний в сильных гравитационных полях, например, на горизонте событий черных дыр, предсказания теорий отличаются, порождая парадоксы. Один из них — информационный парадокс, связанный с потерей информации о веществе, падающем в черную дыру. Подробно прочитать о нем можно в нашей серии интервью с Эмилем Ахмедовым: «Никакого парадокса нет» и «Уйдем по направлению световой бесконечности».
Мы обратились к Михаилу Городецкому, руководителю группы Когерентная микрооптика и радиофотоника Российского Квантового центра и члену коллаборации LIGO, за экспертной оценкой выводов канадско-иранского коллектива. «Достоверность в 2,9 сигма не слишком большая, хотя и довольно хорошая. У меня возникают некоторые сомнения: они ищут некий периодический сигнал, который выглядит в спектре в виде резких пиков, но в отклике гравитационной антенны очень много своих шумовых пиков. Эти пики будут мешать шаблону, который ищут авторы в данных детектора. Лучше всего подождать, пока люди из проекта LIGO проверят свои данные — они хорошо знают свою антенну и все пики отклика. Опубликованных данных не вполне достаточно, чтобы все это проверить».
«Это интересная попытка и возможно за ней что-то стоит. С самого начала в LIGO рассчитывали на то, что гравитационные сигналы смогут проверить теорию относительности в таком экстремальном режиме — на горизонте событий. Все предыдущие проверки ОТО существовали только в относительно слабых гравитационных полях: отклонение перигелия Меркурия, замедление времени и так далее. На горизонте черных дыр предельно сильное гравитационное поле. Там общая теория относительности может отклоняться и должны вступать в силу некие квантовые эффекты».
Михаил пояснил, что в LIGO отклонения предполагалось искать не в виде эхо. «Когда две черных дыры сталкиваются, сначала они с ускорением начинают вращаться друг вокруг друга, и этот интервал хорошо описывается постньютоновским приближением. Последний этап, когда они почти слились и у нас получается колеблющаяся черная дыра, тоже считается по общей теории относительности. Промежуточный этап можно моделировать лишь численно. Следя за тем, как отличаются сигналы детектора от этих расчетов можно что-нибудь обнаружить. Поиск эхо — это новый интересный подход, вполне любопытно».
Эксперимент LIGO состоит из двух детекторов, расположенных на расстоянии свыше трех тысяч километров друг от друга — в штатах Луизиана и Вашингтон. Каждый из них представляет собой Г-образный интерферометр Майкельсона. Прибор с огромной точностью фиксирует изменения длины 4-километровых оптических плеч, по которым идет лазерный импульс. В феврале 2016 года LIGO и VIRGO заявили о первом успешно событии регистрации гравитационных волн — колебаний геометрии пространства-времени. 14 сентября 2015 года сквозь Землю прошли волны, созданные слиянием двух черных дыр c массами около 29 и 36 масс Солнца. Второе событие было зафиксировано 26 декабря 2015 года, статистическая значимость его регистрации превышает пять сигма.
Владимир Королёв
